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Crista ou Topo

Talude

Superfície de Ruptura

Massa Escorregada Pé

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NOÇÕES DE ESTABILIDADE DE TALUDES E CONTENÇÕES

1. Introdução

Talude pode ser definido como uma superfície inclinada que delimita um maciço

terroso ou rochoso.

Pode-se dizer que é composto de:

2. Significado Sócio-Econômico de Escorregamentos

Cada vez mais, o estudo dos processos de instabilização de taludes e suas formas de

contenção tornam-se necessários, devido a desastrosas conseqüências que os

escorregamentos acarretam. Pode-se dizer que a ocorrência dos mesmos deve aumentar,

devido principalmente a:

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i. Aumento da urbanização e do desenvolvimento de áreas sujeitas a

escorregamentos;

ii. Desflorestamento contínuo destas áreas;

iii. Aumento das taxas de precipitação causadas pelas mudanças de clima.

É obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como

diretos e indiretos. Os custos diretos correspondem ao reparo de danos, relocação de

estruturas e manutenção de obras e instalações de contenção.

Escorregamento em Shigeto – Japão, 1972.

Pode-se dizer que os custos indiretos são ainda maiores, podendo ser citados:

a) Perda de produtividade industrial, agrícola e florestal, bem como potencial

turístico devido aos danos locais e interrupção de sistemas de transporte;

b) Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele;

c) Perda de vidas humanas, invalidez física ou trauma psicológico em moradores

de locais afetados por escorregamentos.

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3. Tipos e Processos de Escorregamentos

Geralmente, os tipos de escorregamentos podem ser divididos em cinco grandes

grupos:

Tipos de escorregamentos

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a) Quedas ou desprendimentos (falls) : destacamento ou “descolamento” de solo ou

rocha de um talude íngreme.

b) Desprendimento (topples): rotação de massa de solo ou rocha em um ponto ou eixo

abaixo do centro de gravidade da massa deslizante. Pode levar ao movimento de queda

ou esocrregamento propriamente dito, dependendo da geometria do terreno.

c) Escorregamento (propriamente dito ou slide): movimento de descida de massa de

solo ou rocha, tendo uma superfície de ruptura bem definida. Geralmente o centro de

rotação está acima do centro de gravidade da massa deslizante.

Quando ocorre lenta e progressivamente, pode receber também o nome de

rastejo ou creep.

d) Espalhamento (Spread): descreve movimentos relativamente rápidos de massas de

argila, que podem ter estado estáveis por muito tempo, que se deslocam para frente por

uma distância considerável.

e) Corridas de lama (mood flow): Movimentos muito rápidos de solo argiloso mole, que

se move como se fosse um fluido viscoso. Movimentos de “fluxo” também podem

acontecer com outros materiais, por exemplo, areia seca.

Eles também podem ser caracterizados segundo a velocidade de deslocamento da massa

deslizante (segundo Varnes e Hungr)

3.1. Caracterização do local

É muito importante a identificação de áreas vulneráveis a movimentações. A

identificação destas áreas pode ser feita através de:

- Mapas topográficos;

- Mapas geológicos;

- Fotografias aéreas e de satélite;

- Evidências de movimento.

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Podem também ser realizadas investigações de campo, que exigem planejamento

prévio, quando o problema a ser investigado deve ser bem definido e escolhidos os

métodos de investigação. Devem ser realizados trabalhos detalhados de:

- Levantamento topográfico;

- Estudo das estruturas geológicas;

- Exploração do subsolo:

i. Sondagens a Trado;

ii. Sondagens SPT;

iii. Sondagens rotativas;

iv. Outros ensaios: CPT, Palheta (Vane Test), dilatômetro, etc...

- Água no terreno: superficial e subterrânea (medições de nível de água e

poro-pressão (piezômetros), permeabilidade do solo/rocha, regime de

chuvas)

- Fatores Ambientais:

i. Clima;

ii. Fatores Humanos (antrópicos);

iii. Ecossistema.

Caso haja necessidade, pode-se realizar instrumentação de campo:

- na superfície;

- Inclinômetros,

- Piezômetros.

3.2 Mecanismos que levam à ruptura

São aqueles que levam a um aumento dos esforços atuantes ou a uma diminuição da

resistência do material que compõe o talude ou do maciço como um todo.

O material que compõe um talude tem a tendência natural de escorregar sob a influência

da força da gravidade, entre outras que são suportadas pela resistência ao cisalhamento

do próprio material.

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τR

τAN.A

τR = Tensões resistentes = c + σ . tg φ (critério de Mohr-Coulomb para solos) τA = Tensões atuantes

Algumas das causas do aumento de τA ou da diminuição de τR podem ser:

- Causas externas:

i. Mudança da geometria do talude (inclinação e/ou altura), devido

a cortes ou aterros, no talude ou em terrenos adjacentes;

ii. Aumento da carga atuante (por sobrecargas na superfície, por

exemplo);

iii. Atividades sísmicas, e outras...

- Causas internas:

i. Variação do nível de água (N.A.), que pode gerar:

a) Aumento do peso específico do material;

b) Aumento da poro-pressão diminuição da pressão

efetiva;

c) A saturação em areias faz desaparecer a coesão

fictícia;

d) Rebaixamento rápido do NA forças de percolação...

ii. Diminuição da resistência do solo (ou rocha), ou do maciço como

um todo, com o tempo (por lixiviação, por mudanças nos

minerais secundários, nas descontinuidades, etc.);

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Diversos fatores podem gerar os efeitos acima mencionados. Os mesmos encontram-se

relacionados no quadro a seguir.

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3.3 Análise de Risco

Através da análise dos fatores geradores de escorregamentos e da probabilidade de sua

ocorrência, podem ser obtidos os mapeamentos de risco de deslizamentos em sítios de

interesse.

Exemplo de mapa de risco de deslizamento

O risco de ocorrência de deslizamentos pode ser reduzido através de quatro medidas

básicas:

- Restrição à ocupação de áreas de lato risco;

- Adoção de normas e códigos para movimentos de terra e construções;

- Execução de obras de drenagem, contenção e correção de geometria de taludes,

para prevenção de escorregamentos;

- Monitoração da água superficial e subterrânea e de deslocamentos, podendo ser

desenvolvidos sistemas de alerta de movimentos iminentes.

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4. Análise da Estabilidade de Taludes

Objetivos:

1. Averiguar a estabilidade de taludes em diferentes tipos de

obras geotécnicas, sob diferentes condições de solicitação, de modo

a permitir a execução de projetos econômicos e seguros;

2. Averiguar a possibilidade de escorregamentos de taludes

naturais ou construídos pelo homem, analisando-se a influência de

modificações propostas Análise de sensibilidade Estudo

da influência relativa de parâmetros, como por exemplo, de

resistência, variando-se as condições de fluxo;

3. Analisar escorregamentos já ocorridos, obtendo-se

subsídios para o entendimento de mecanismos de ruptura e da

influência de fatores ambientais Retroanálise da estabilidade;

4. Executar projetos de estabilização de taludes já rompidos,

investigando-se as alternativas de medidas preventivas e corretivas

que possam ser necessárias;

5. Estudar o efeito de carregamentos extremos naturais ou

decorrentes da ação do homem, tais como, terremotos, maremotos,

explosões, altos gradientes de temperaturas, execução de obras, etc.

6. Entender o desenvolvimento e forma de taludes naturais e

os processos responsáveis por diferenças em características naturais

regionais retrabalhamento da crosta terrestre

As técnicas de análise de estabilidade podem ser divididas em dois grandes grupos:

ii. Análise Probabilística

iii. Análises Determinísticas

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4.1 Análise Probabilística

Requer conhecimento das distribuições de probabilidade ou das funções de densidade

de probabilidade das variáveis aleatórias associadas ao problema.

A Define a probabilidade de ruptura

O número de dados disponíveis e o grau de dispersão dos mesmos em relação a uma

média afetam sensivelmente a probabilidade calculada.

A interdependência de fatores (p.ex.: grau de intemperismo x resistência; Intensidade

de chuva x tipo de solo x variações de resistência; inclinação do talude x tipo de

solo x condições de drenagem; etc.) e número pequeno de informações tornam as

análises probabilísticas, no momento, restritas do ponto de vista de aplicação prática na

previsão de problemas de ruptura de um modo geral.

Porém, com o progresso dos estudos nos últimos anos, estas análises encontram-se em

expansão.

As análises probabilísticas são essenciais para a confecção de Mapas de Potencial de

Ruptura, Mapas de Risco de Ruptura, Mapas de Ocupação/Aproveitamento de solos, e

outros.

Freqüência/No. De medições

Tensão

Tensão Atuante Tensão

Resistente

A – área de resistência baixa e carga alta.

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4.2 Análises Determinísticas

Realizadas em função do fator ou coeficiente de segurança (F), que pode sua vez pode

ter diversas definições:

a) Fator que minora os parâmetros de resistência ao cisalhamento (em termos de

tensões efetivas):

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'.''F

tgFc

Nφ

στ += com F = F1 = F2

b) Fator que minora a resistência ao cisalhamento (em termos de tensões totais):

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.Ftg

Fc

Nφ

στ += com F = F3 = F4

c) Relação entre momentos resistente (MR) e atuante (MA) (para superfície de

ruptura circular):

F = MR/MA

d) Relação entre forças resistente (FR) e atuante (FA) (Fundações):

F = FR/FA

e) Relação entre resistência ao cisalhamento do solo e tensões cisalhantes atuantes

no maciço:

F = (Resistência ao Cisalhamento)/(Tensões Atuantes)

OBS: Cada definição de F pode implicar em um diferente valor.

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As análises determinísticas envolvem os seguintes métodos:

i. Análise limite;

ii. Tensão – deformação;

iii. Equilíbrio Limite.

4.2.1 Análise Limite

Baseia-se no uso das teorias de limite inferior e superior da Teoria da

Plasticidade.

Problemas envolvidos neste tipo de análise:

i. Limite Inferior: Definição de campo de tensões admissíveis

realísticos;

ii. Limite Superior: Definição de modo de Ruptura “a priori”

(forma da superfície de ruptura) realístico.

4.2.2 Tensão – Deformação:

Esta solução envolve métodos numéricos, sendo o MEF – Método dos

Elementos Finitos – o mais comum.

Esta solução requer:

i. Perfil geotécnico (geometria do problema, incluindo estratigrafia);

ii. Processo de formação do solo;

iii. Determinação e modelagem das características de tensão –

deformação ( como esta geralmente é uma tarefa bastante

complicada, representatividade do modelo para solos naturais pode

ficar prejudicada).

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Análise do comportamento de um talude através do MEF:

a) Seção transversal de aterro sobre argila mole;

b) Campo de velocidades;

c) Região plastificada.

4.2.3 Equilíbrio Limite:

Hipóteses básicas:

1) Assume-se a existência de uma superfície de ruptura bem definida;

2) A massa de solo ou rocha encontra-se em condições de ruptura generalizada iminente

(i.e., em um estado de equilíbrio limite);

3) Assume-se um critério de ruptura (em geral Mohr-Coulomb), o qual é satisfeito ao

longo de toda a superfície de ruptura;

4) Assume-se um coeficiente ou fator de segurança (F constante e único ao longo da

superfície potencial de ruptura).

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Objetivo: encontrar a superfície crítica de ruptura, ou seja, a que corresponde ao menor

valor de F.

A análise por equilíbrio limite engloba os chamados métodos tradicionais:

- Perfis homogêneos: para superfícies de ruptura circulares (hipótese compatível com a

consideração de talude/fundação constituído por um único material). Geralmente

utilizados para análises em termos de tensões totais.

São métodos de análise expedita (sem justificativa atual para uso em projetos/retro-

análises, pois são ultrapassados).

Ex: Métodos de Taylor (1948) e Frohilich (1955).

- Perfis Quaisquer: Englobam os chamados métodos de fatias.

a) Métodos Simplificados:

1. Fellenius;

2. Bishop;

3. Janbu;

b) Métodos rigososos:

1. Spencer;

2. Morgenstern e Price;

3. GEL (Fredlund)

4. Sarma.

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5. Estabilização de Taludes

O objetivo principal das técnicas de estabilização de taludes é aumentar a segurança dos

mesmos.

5.1 Considerações de projeto

Não se pode normatizar o projeto de estabilização de taludes, pois cada problema é

único, tendo-se em vista a natureza dos solos (materiais naturais) e o local onde se

encontram.

Para se poder projetar adequadamente um talude que seja estável, deve-se levar em

consideração dos dados de investigação de campo, ensaios de laboratório, análises de

estabilidade efetuadas, a forma de execução da obra e sua manutenção. E,

principalmente, o engenheiro deve utilizar seu bom senso.

Muitas vezes, com uma simples modificação de geometria do talude, pode-se torná-lo

estável. Outras vezes, é necessária a execução de obras complexas de engenharia.

Modificação da geometria do talude, tornando o mesmo estável.

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5.2 Tratamento Superficial

É uma medida preventiva a fim de evitar que material do maciço seja perdido, através

da erosão da face e/ou que água em demasia infiltre no terreno.

Para tal, faz-se o recobrimento da superfície do talude geralmente com:

a) Vegetação rasteira;

b) Telas (geossintéticos);

c) Argamassa ou concreto jateado.

5.3 Solo Reforçado

Consiste na introdução de elementos resistentes na massa de solo, com a finalidade de

aumentar a resistência do maciço como um todo. O método de execução é o chamado

“Down-Top” (de baixo para cima). Durante a execução do aterro a ser reforçado, a cada

camada de solo compactado executada, faz-se o intercalamento com uma camada de

elementos resistentes. À medida que o aterro vai sendo alteado, o talude reforçado vai

tomando forma. Geralmente, a face do talude reforçado recebe um revestimento, para

que problemas, como erosão, possam ser evitados.

Diferentes tipos de materiais podem ser utilizados como elementos de reforço, tais

como os que estão citados a seguir, nos itens 5.3.1 a 5.3.3.

5.3.1 Terra Armada

Os elementos de reforço são tiras metálicas, que recebem tratamento especial anti-

corrosão. Estas tiras são presas a blocos de concreto que protegem a face, para que se

evite deslocamento excessivo das mesmas. Cabe lembrar aqui que estes blocos de

concreto não possuem função estrutural.

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Esquema de aterro em terra armada

5.3.2 Geossintéticos

Atualmente, estes materiais vêm sendo amplamente utilizados e novos tipos dos

mesmos vem sendo desenvolvidos. Podem ser utilizados com diferentes finalidades:

separação de materiais, reforço de aterros, filtração, drenagem e barreiras impermeáveis.

Os mais utilizados como elementos de reforço em solo são:

a)Geogrelhas;

b)GeoNets (“geo-redes”);

c)Geotêxteis – tecidos e não tecidos;

d)Geocompostos (combinação de pelo menos dois geossintéticos).

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Tipos de geossintéticos

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a) Execução de aterro reforçado com geossintético; b) Obra concluída.

5.3.3 Materiais Alternativos

Outros materiais que apresentam resistência maior que o solo podem ser utilizados

como elementos de reforço. Diversas alternativas consideradas de baixo custo e

ecologicamente corretas podem ser citadas, entre elas, a utilização de pneus usados e

bambus.

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5.4 Solo Grampeado (ou Pregado)

Consiste na introdução de barras metálicas, revestidas ou não, em maciços naturais ou

em aterros. Sua execução é composta das seguintes fases: perfuração do maciço,

introdução da barra metálica no furo e preenchimento do mesmo com nata de cimento.

A cabeça do prego pode ser protegida, bem como a face do talude, com argamassa de

cimento ou com concreto jateado. Os grampos não são protendidos, sendo solicitados

somente quando o maciço sofre pequenos deslocamentos.

(b)

(a)

(c)

a) Talude grampeado – Obra concluída; b) Esquema de talude grampeado, com face

protegida por geossintético; c) Detalhes dos grampos.

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5.5 Muros de Arrimo

São paredes que servem para conter massas de terra. Podem ser de diversos tipos e

funcionar de diferentes maneiras.

a) Muros a gravidade;b) Cantiveler;c) Com contrafortes;d) Crib Wall;e) Semi-Gravidade (com parte de concreto

armado;f) Retro-aterro de ponte;g) Gabiões.

(g)

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5.6 Cortina Atirantada

Consiste numa parede de concreto armado, através dos quais o maciço é perfurado,

sendo introduzidas nos furos barras metálicas (tirantes). Após o posicionamento destas

barras, é introduzida nas perfurações nata de cimento a alta pressão, que penetra nos

vazios do solo, formando um bulbo, e ancorando as barras metálicas. Passado o tempo

de cura da nata de cimento, os tirantes são protendidos e presos na parede de concreto, o

que faz com que esta estrutura seja “empurrada” contra o maciço.

Detalhes de um tirante

Esquema de Cortina atirantada e

Obra pronta.

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5.7 Drenagem

Devido aos inúmeros efeitos que a água pode exercer sobre um maciço de solo ou de

rocha (aumento do peso específico do material, aumento da poro-pressão e conseqüente

diminuição da pressão efetiva, forças de percolação, subpressão, e outros), é

extremamente necessário que se tomem os cuidados recomendados no que diz respeito à

drenagem adequada do terreno.

Devem ser instaladas no talude canaletas para recolhimento da água superficial.

Quanto à água no interior do talude, a mesma poderá ser recolhida através de drenos. Os

drenos podem ser basicamente de dois tipos: de subsuperfície, para drenar a água que se

encontra logo atrás do paramento, e drenos profundos, para que água do interior do

maciço possa escoar para fora do mesmo.

Esquema de drenos subhorizontais e verticais utilizados na coleta da água subterrânea

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BIBLIOGRAFIA

“Landslides – Investigation and Mitigation”- Special Report 247, Transportation

Research Board, National Research, 1996.

“Fundações – Teoria e Prática” , 1a. Edição, Ed. PINI, 1996.

“Landslides – Analysis and Control” - Special Report 176, Transportation Research

Board, National Research, 1978.

Chowdhury, R.N., “Slope Analysis”, Ed. Elsevier, 1978.

Koerner, R. M., “Desingning with Geosynthetics”, Third Edition, 1997.

“Notas de Aula da Disciplina Estabilidade de Taludes”, prof. Tácio Mauro de Campos,

Mestrado em Geotecnia, PUC-Rio, 1994.

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Classificação de movimentos de massa (adaptado de Morgenstern, 1985)

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